_Bauphysik

Zur Vergleichbarkeit der wärmeschutztechnischen Qualität von Hüllflächen, wie z.B. Dach, Wand, Fenster oder der Bodenplatte, wird der U-Wert [W/m²K] bzw. Wärmedurchgangskoeffizient genutzt. Dieser Wert bildet die Grundlage für die energetische Bewertung von allen Außenbauteilen, die beheizte Innenräume von Außenräumen oder unbeheizten Innenräumen abgrenzen.

Zugleich wird der U-Wert als Vorgabe für die Qualität der Außenbauteile in den Tabellen der Anlagen zur Energieeinsparverordnung genutzt. In den Tabellen werden die Mindestwerte an den Wärmedurchgangskoeffizienten der Außenbauteile von Wohn- und Nichtwohngebäuden definiert. Der U-Wert kann damit als entscheidende Größe zur Bewertung der energetischen Qualität eines Bauteils angesehen werden.

Bauphysikalisch steht der U-Wert für den Wärmestrom, der durch die Schichten eines Bauteils innerhalb einer Stunde, bei einer 1 m² großen Fläche und einer Temperaturdifferenz von konstant 1 K zwischen den beiden Oberflächen fließt.

Neben den Baustoffeigenschaften Schichtstärke [m] und Wärmeleitfähigkeit λ [W/mK] werden im U-Wert die Wärmeübergangswiderstände auf beiden Seiten einer Konstruktion berücksichtigt. Diese Wärmeübergangswiderstände resultieren aus Konvektion und Strahlung vor dem Bauteil und werden für die Grenzschicht der anliegenden Luftschicht erfasst.

Während die Wärmedurchgangswiderstände objektbezogen berechnet werden müssen, resultieren die Wärmeübergangswiderstände R_si und R_se aus den tabellierten Vorgaben der DIN EN ISO 6946 Bauteile - Wärmedurchlasswiderstand und Wärmedurchgangskoeffizient - Berechnungsverfahren zur Einbausituation (siehe Abb. 1). Damit sind die Wärmeübergangswiderstände nicht beeinflussbar, sondern folgen nur den normativen Vorgaben.

^{Abb. 1: Übersicht der üblichen Wärmeübergangswiderstände auf der Innen- und Außenseite von Außenbauteilen und gegen Erdreich nach DIN EN ISO 6946:2018-03. Quelle: Duzia, T., Bogusch, N.; Basiswissen Bauphysik; S. 46; Fraunhofer IRB Verlag, 3. Auflage 2020}

^{Abb. 2: Organigramm der Bausteine des U-Wertes}

Die Wärmedurchgangswiderstände der Konstruktion kann der Planer dagegendurch die Materialauswahl und Veränderung der Schichtdicke verändern. Die Ermittlung der Wärmedurchgangswiderstände erfolgt je Bauteilschicht mit der Formel:

                              R = D / λ

und in anschließender Addition aller Einzelwiderstände.
Der Wärmedurchgangswiderstand des Bauteils wird ergänzt mit den Wärmeübergangswiderständen R_si und R_se.

Beispiel zur Berechnung:

                           R_T = R_si + R₁ + R₂ + R₃ + ... + R_se

Bildet man aus der Summe aller Widerstände R_T den Kehrwert, erhält man den Wärmedurchgangskoeffizienten bzw. U-Wert der Konstruktion. Der U-Wert steht damit nicht nur für die Summierung von Stoffeigenschaften und Bauteilstärken, sondern berücksichtigt ebenso die Einbausituation. Im öffentlich-rechtlichen Nachweis zum Bauantrag und zur Energieeinsparverordnung ist der U-Wert eine der zentralen Kenngrößen zur Beurteilung von Bauteilen.

Beispiel zum tabellarischen Berechnungsaufbau

^{Abb. 3: Vergleich der U-Wert-Ermittlung an zwei außengedämmten Wänden aus Kalksandstein. Quelle: Duzia, T., Bogusch, N.; Basiswissen Bauphysik; S. 50; Fraunhofer IRB Verlag, 3. Auflage 2020}

Die Wärmedurchgangskoeffizienten der beiden Wandkonstruktionen mit Wärmedämmverbundsystem (WDVS) liegen bei 0,21 W/m²K bzw. 0,32 W/m²K. Von entscheidendem Einfluss sind dabei die Wärmeleitfähigkeit und die Schichtstärke der Dämmung. Bei der Wand mit 100 mm Dämmstoff beträgt der Anteil am Wärmedurchgangswiderstand der Dämmschicht ca. 88,2% der Gesamtkonstruktion. Wird die gleiche Wandkonstruktion mit 160 mm Dämmstoff in gleicher Qualität ausgeführt, erhöht sich der Anteil des Dämmstoffs am Wärmedurchgangswiderstand auf ca. 92,3%.

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